基于PLC的搖臂鉆床自動控制系統(tǒng)的改造.doc

目錄1緒論.錯誤!未定義書簽。1.1本課題的選題背景和意義.錯誤!未定義書簽。1.2國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài).錯誤!未定義書簽。2Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)和原理分析.32.1主電路.錯誤!未定義書簽。2.2控制電路、信號及照明電路.52.2.1主電動機的旋轉(zhuǎn)控制.52.2.2搖臂的升降控制.52.2.3立柱和主軸箱的松開及夾緊控制.73Z3040搖臂鉆床PLC電氣控制系統(tǒng)硬件部分的改造設(shè)計.93.1PLC型號的選擇.93.1.1PLC的物理結(jié)構(gòu).93.1.2PLC的指令功能.93.1.3PLC的輸入輸出點數(shù).93.1.4PLC的存儲容量.93.1.5輸入模塊的類型.103.1.6輸出模塊的類型.103.2PLC的I/O端口分配表.103.3PLC的I/O電氣接線圖的設(shè)計.124Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計.144.1PLC梯形圖程序的優(yōu)化設(shè)計及程序調(diào)試：.144.1.1系統(tǒng)預(yù)開程序.144.1.2主電動機的起動控制程序.144.1.3搖臂升降控制程序.154.1.4主軸箱和立柱分別單獨夾緊或放松程序.154.1.5主軸箱和立柱同時放松或夾緊控制程序.165組態(tài)王簡介.165.1組態(tài)王畫面開發(fā)系統(tǒng).175.2組態(tài)王畫面運行系統(tǒng).185.3組態(tài)王工程管理系統(tǒng).185.4組態(tài)王新建工程.185.5創(chuàng)建組態(tài)畫面.186結(jié)論.20致謝.21參考文獻.21附錄梯形圖轉(zhuǎn)換成指令表.221緒論搖臂鉆床適合于在大、中型零件上進行鉆孔、擴孔、鉸孔及攻螺紋等工作，在具有工藝設(shè)備的條件下可以進行鏜孔。Z3040搖臂鉆床在搖臂鉆床生產(chǎn)中應(yīng)用較廣，電路具有典型性，因此，本次改造選用Z3040搖臂鉆床為例分析它的電氣控制線路，然后進行PLC的改造1。1.1本課題的選題背景和意義Z3040搖臂鉆床是工廠中常用的金屬切削機床，它可以進行多種形式的加工，如：鉆孔、鏜孔、鉸孔及螺紋等。從控制上講，它需要機、電、液壓等系統(tǒng)相互配合使用，而且，要進行時間控制。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現(xiàn)的。也有的是采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構(gòu)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺交流異步電動機拖動，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運動是通過機械轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的。故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向2。目前，我國的搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)普遍采用的是傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制方式。因其控制的電機較多且電路較復(fù)雜，在日常的生產(chǎn)作業(yè)當中，電氣故障出現(xiàn)頻率較高，從而影響生產(chǎn)。另外，一些復(fù)雜的控制如：時間、計數(shù)控制用繼電器接觸器控制方式很難精確控制，因此，對傳統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)進行改造有其進步性?？删幊踢壿嬁刂破鳎≒rogrammableLogicController，簡稱PLC），是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用而設(shè)計。它采用可編程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并通過數(shù)字的、模擬的輸入和輸出來控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?，F(xiàn)在應(yīng)用于各種工業(yè)控制領(lǐng)域的PLC種類繁多，歐美以大中型PLC聞名，而日本以小型PLC著稱。規(guī)模大小和功能強弱千差萬別，但他們具有以下一些共同的特點。可靠性高?？煽啃允怯脩舻氖走x要求，目前各廠家生產(chǎn)的PLC，平均無故障時間都大大超過IEC規(guī)定的10萬小時。靈活性高?？删幊炭刂破魇窍盗谢a(chǎn)品，通常采用模塊化結(jié)構(gòu)來完成不同的任務(wù)組合。輸入輸出端口選擇靈活，有多種機型，組合方便。功能強大。除基本的邏輯控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運算功能外，配合特殊功能模塊還可實現(xiàn)點位控制、PTO運算、過程運算、數(shù)字控制等功能，為方便工廠管理又可以與上位機通信，通過遠程模塊可以控制遠程設(shè)備。編程方便，易于使用。PLC的編程可采用與繼電器極為相似的梯形圖語言，直觀易懂，深受現(xiàn)場電氣人員的歡迎。運行速度快。傳統(tǒng)的機電接觸電氣控制系統(tǒng)通過大量觸點的機械動作進行控制，速度很慢，而且系統(tǒng)愈大速度愈慢。PLC的控制速度則由CPU工作速度和掃描速度決定。因此更適合處理高速復(fù)雜的控制任務(wù)，它與微型計算機之間的差別越來越小。同時，PLC還具備了網(wǎng)絡(luò)功能，能進行一臺PLC或多臺PLC與PC機之間的聯(lián)網(wǎng)通訊，使用PLC可以很方便的構(gòu)成“集中管理、分散控制”的分布式電氣控制系統(tǒng)，通過現(xiàn)場總線的PLC通訊網(wǎng)絡(luò)，可使工廠的各種資源共享，就更適合于工廠自動化的需要，為工廠自動化提供了技術(shù)保證3。正是由于PLC電氣控制系統(tǒng)的種種優(yōu)點,因此本次對搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)的改造,可以大大提高搖臂鉆床工作性能和系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性,為工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化帶來生機。1.2國內(nèi)外關(guān)于本課題的技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)20世紀60年代末期，是美國通用汽車公司在1968年提出，由美國的數(shù)據(jù)設(shè)備公司在1969年開發(fā)出來的。我國于1974年開始研制開發(fā)。PLC發(fā)展至今已經(jīng)歷了三個階段，其PLC的I/O點數(shù)、容量、功能等方面，可以完全適應(yīng)復(fù)雜的電氣控制。PLC的生產(chǎn)廠家很多，如國外的三菱公司的FX系列、松下公司的FP系列、歐姆龍公司CPM1A系列、西門子公司的S7系列、立石公司的C系列等。我國北京聯(lián)想計算機集團公司的GK-40、上海機床電器廠的CKY-40、蘇州電子計算機廠的YZ-PC-001A、杭州機床電器廠的DKK02、天津中環(huán)自動化儀表公司的DJK-S-84/86/480等4。世界各國爭相在該領(lǐng)域投入大量資金進行新產(chǎn)品的開發(fā)，電氣控制系統(tǒng)的可靠性日益受到人們的重視，一些公司己將自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推出了高可靠性的冗余系統(tǒng)，并采用熱備用或并行工作、多數(shù)表決的工作方式。由于PLC的眾多優(yōu)點，使其迅速在工業(yè)控制中得到推廣。雖然國內(nèi)PLC技術(shù)的應(yīng)用前景很大，并且取得了一定的經(jīng)濟效益，而相比之下，由于受經(jīng)濟和技術(shù)水平的限制，大多數(shù)企業(yè)在生產(chǎn)上使用的搖臂鉆床的電氣控制系統(tǒng)，還是采用采用繼電器接觸器控制方式，而這種控制方式存在著明顯的缺陷和隱患。極易發(fā)生故障。而且，由于線路復(fù)雜，要想找到問題所在也相當?shù)睦щy。和國外大量采用PLC技術(shù)替代繼電器接觸器系統(tǒng)相比，我們還存在很大差距5。隨著PLC技術(shù)在我國的迅猛發(fā)展，我們和國外先進技術(shù)的差距會不斷縮小。因此，抓住這個有利時機進一步促進PLC技術(shù)的推廣與應(yīng)用，是提高我國工業(yè)自動化水平的迫切任務(wù)，此次對于搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)改造設(shè)計，就是希望借鑒國外先進的工業(yè)控制技術(shù)，應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場，以提高搖臂鉆床的工作性能。2Z3040搖臂鉆床電氣控制系統(tǒng)和原理分析Z3040型搖臂鉆床的主軸的調(diào)速范圍為50:1，正轉(zhuǎn)最低轉(zhuǎn)速為40r/min，最高為2000r/min，進給范圍為0.051.60r/min。它的調(diào)速是通過三相交流異步電動機和變速箱來實現(xiàn)的，或采用多速異步電動機拖動，這樣可以簡化變速機構(gòu)。搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和進給運動由一臺交流電動機拖動，主軸的正反向旋轉(zhuǎn)運動是通過機械轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的，故主電動機只有一個旋轉(zhuǎn)方向。除了主軸的旋轉(zhuǎn)和進給運動外，還有搖臂鉆床的上升、下降及立柱的夾緊和放松。搖臂的上升、下降由一臺交流異步電動機拖動，立柱的夾緊和放松由另一臺交流電動機拖動。而搖臂的回轉(zhuǎn)和主軸箱的左右移動通常采用手動。此外還有一臺冷卻泵電動機對加工的刀具進行冷卻。Z3040搖臂鉆床外形圖如圖1所示。圖1Z3040搖臂鉆床示意圖2.1主電路我國原來生產(chǎn)的Z3040搖臂鉆床的主軸旋轉(zhuǎn)運動和搖臂升降運動的操作是通過不能復(fù)位的十字開關(guān)來操作的,它本身不具有欠壓和失壓保護。因此在主回路中要用一個接觸器將三相電源引入?，F(xiàn)在的Z3040搖臂鉆床取消了十字開關(guān)，它的電氣原理圖如圖2所示：它的主電路、控制電路、信號電路的電源均采用自動開關(guān)引入，自動開關(guān)的電磁脫扣作為短路保護取代了熔斷器。交流接觸器KM1只主電動機M1接通或斷開的接觸器，KR1為主電動機過載保護用熱繼電器。搖臂的升降，立柱的夾緊放松都要求拖動的電動機正反轉(zhuǎn)，所以M2和M3電動機分別有兩個接觸器，它們?yōu)镵M2、KM3和KM4、KM5。搖臂升降電動機M2、冷卻泵電動機M4均為短時工作，不設(shè)過載保護。2.2控制電路、信號及照明電路控制電路的電源由控制變壓器TC二次側(cè)輸出110V供電，中間抽頭603對地為信號燈電源6.3V，241號線對地為照明變壓器TD二次側(cè)輸出36V。2.2.1主電動機的旋轉(zhuǎn)控制在主電動機啟動前，首先將自動開關(guān)Q2、Q3、Q4扳到接通狀態(tài)，同時將配電盤的門關(guān)好并鎖上。然后再將自動開關(guān)Q1扳到接通位置，電源指示燈HL1亮。這時按下SB1，中間繼電器K1通電并自鎖,為主軸電動機與其他電動機的啟動做好了準備。當按下按鈕SB2時，交流接觸器KM1線圈通電并自鎖使主電動機旋轉(zhuǎn)，同時主電動機旋轉(zhuǎn)的指示燈HL4亮。主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)用手柄通過機械變換的方法來實現(xiàn)。2.2.2搖臂的升降控制按下按鈕SB3，時間繼電器KT1通電吸合，它的瞬動觸點（33-35）閉合使KM4線圈通電，液壓電動機M3啟動供給壓力油，經(jīng)分配閥體進入搖臂的松開油腔，推動活塞使搖臂松開。同時活塞桿通過彈簧片使行程開關(guān)ST2的動斷觸點斷開沒，KM4線圈斷電,而ST2的動合觸電（17-21）閉合KM2圈通電，它主觸點閉合，M2電動機旋轉(zhuǎn)使搖臂上升。如果搖臂沒有松開，ST2的動合觸點不能閉合，搖臂升降電動機不能轉(zhuǎn)動，這樣就保證了只有搖臂的可靠松開后方可使搖臂上升或下降。Z3040搖臂鉆床的液壓控制原理圖如圖3所示：當搖臂上升到所需要的位置時，松開按鈕SB3，KM2和KT1斷電，升降電動機M2斷電停止，搖臂停止上升。當持續(xù)1-3秒后，KT1的斷電延時閉合的動斷觸點（47-49）閉合，KM5線圈經(jīng)7-47-49-51號線，KM5線圈通電液壓泵電動機M3反轉(zhuǎn)，使壓力油經(jīng)分配閥進入搖臂的夾緊液壓腔，搖臂夾緊。同時活塞桿通過彈簧片使ST3的動斷觸點（7-47）斷開，KM5線圈斷電，M3電動機停止，完成了搖臂的松開上升夾緊動作。圖3Z3040搖臂鉆